新能源汽車電池包箱體結構的輕量化研究現狀

崔欣瑤 梁廣振

摘 要：在發電和充電技術支持下，新能源電動汽車應運而生，新能源電動汽車不僅具備傳統汽車功能，同時也可以保證綠色的生態環境，新能源汽車只需借助電能，即可驅動汽車。相較于傳統燃油汽車新能源汽車有很大的不同，其主要是由電力驅動以及控制系統所構成，以車載電源作為行車動力，具有無污染無噪音、能源效率高、結構簡單易于維修等優勢，因而，開展新能源電動汽車充電模式和設施建設研究勢在必行。

關鍵詞：電池包箱體;下殼體;結構設計;輕量化

引言

鋰電池因其具有能量密度高、循環的壽命高、沒有記憶效應、能快速充電優點，被應用在新能源汽車上。為了能夠保證電池的安全性和汽車運行過程的高效可靠性，故障診斷技術對于防止電池出現重大性的故障具有十分重要的作用。

1新能源汽車的分類

新能源汽車與傳統汽車的主要差別在于動力源。傳統汽車主要依靠燃燒化石燃料提供動力。新能源汽車可分為純電動汽車、混合動力汽車和燃料電池汽車。純電動汽車（BEV）不需要其他動力裝置，可以完全由可充電電池提供動力的，沒有尾氣排放，對于環境保護較好;混合動力汽車（HEV）是擁有2個或2個以上動力源的汽車，不完全依靠可充電池提供動力，會對環境有一定的影響，但相比于傳統汽車節能效果更好，排放較小;燃料電池汽車（FCEV）主要依靠燃料電池提供動力，對環境污染較小。

2電池包箱體材料輕量化研究進展

2.1 材料的選定

在電池殼結構中，模塊的箱體下部和安裝板是主要載體，對于復合材料的輕量化設計和優化技術探索，原不銹鋼材料被300gsm型碳纖維復合材料取代，T700級碳纖維布， 并且此類碳纖維的抗拉強度可大于3.5GPa，上部箱體主要起到密封作用，考慮到實際成本問題，仍使用DC01。 碳纖維復合材料是正交形的，應用于汽車結構可能會大大降低汽車的質量，但其機械參數受到許多因素的影響，如加工工藝、絲束規格等。為了研究碳纖維復合材料的力學性能，在干燥的環境溫度試驗環境中檢測到了拉伸0、拉伸90、壓縮0、壓縮90、面內剪切、三點彎曲和層間剪切強度等7種元素.

2.2電池盒體復合材料

電池箱體中使用的復合材料主要是輕材料，如碳纖維復合材料、玻璃纖維增強復合材料和SMC復合材料。例如，baummer等人成功地用泡沫鋁質復合三明治制造了一個能夠重現20 kbit的低容量電池片，從而使低容量電池片的質量降低了10%至20 %。Choi等人[9]通過改變碳纖維和玻璃纖維的含量（摻雜纖維總量不超過40%）并滿足強度、沖擊等條件，成功地研制出了比普通鋼低31%的強化塑料外殼。，從尼龍6（PA6）開始。毛澤東等人與一汽汽車共同開發碳纖維電池盒體，成功地將盒體質量從110公斤降至19公斤。碳纖維增強復合材料具有密度低、強度高的優點，并廣泛應用于電池盒體[11-13]。德國信通技術化學研究所開發了一個聚氨酯熱硬化塑料電池盒，其質量為35公斤，可運載340公斤電池，比同等重量的鋼減少35%以上。邵明屋頂等[15]以玻璃纖維連續織物為基材料，以環氧乙烷樹脂玻璃纖維增強復合材料為基材料，采用預浸料壓力成型工藝制造，定量效果也較輕.

3電池包箱體結構輕量化研究

3.1氣壓平衡部件與電池箱體的安裝界面密封性設計

在長期使用過程中，由于溫度、海拔等的變化，可能會出現室內和室外壓力的差異。并且防水辦公表面能承受的壓力是肯定的。當內外壓力差超過限值時，密封接口會惡化，導致IP67保護失敗。為了解決這一問題，通常需要在電池包裝上安裝壓力平衡元件，例如氣霧閥或防爆閥。如果壓力平衡零件和電池盒體之間的密封設計不當，也容易成為整個電池盒的密封失效位置。蓄電池箱上箱體空氣閥的緊固螺母采用凸平臺點焊螺母的方法。將氣閥固定螺母焊接到蓄電池箱體上后，螺母的焊接面與蓄電池箱上的箱體包租，有效保證閥固定螺母與上部箱體壁對接，保證.

3.2鋪層設計

由于碳纖維復合材料是正交各向異性的，因此在設計涂層時，必須注意涂層的順序和方向，而且由于復合材料的設計良好，結構的合理設計不僅能反映復合材料的優良力學性能，而且能達到最大限度為了提高碳纖維結構的制造能力，設計如下：首先出現+45層和-45層對;其次，同一角度的鋪裝層不會連續出現兩次以上。

3.3高低壓連接器與電池盒體之間安裝接口的密封設計

在蓄電池組密封設計中，大多數蓄電池車輛采用普通點焊螺母為蓄電池組高壓連接器和蓄電池組體安裝螺母，安裝接口的密封效率損失也很高， 因此要注重高壓連接器與蓄電池箱體固定之間的密封性，蓄電池箱體壁面平整度要求很高。為了保證低壓連接器與蓄電池箱體固定位置之間的密封性， 緊固點螺母可使用盲接觸焊接螺母，并將法蘭表面直接焊接到電池盒體壁上，以確保插卡接觸焊接螺母和電池盒下的盒體壁孔完全融合在一起， 從而有效保證此處的密封性，提高插卡固定螺母與下部箱體生產之間的一致性。

3.4連接模式

在連接模式下，傳統電池盒在上部電池盒的連接部分和汽車底盤的連接部分上安裝了螺釘組件。介紹了碳纖維復合材料后，為了保證復合材料的完整性和異質材料的連接問題，選擇了粘接方法。橡膠接頭可以提高粘接部分的密封性和耐蝕性，粘接層上的應力分布與傳統連接方法相比比較均勻，連接位置的疲勞強度也有所提高。

3.5電池包箱體成型技術

電池包箱體的成型技術主要根據其選用的材料決定，目前多以鋁板和纖維增強材料作為電池包箱體用材料，不同企業采用的成型技術也有所不同。鋁板主要的成型技術為沖壓鋁焊接、擠出鋁攪拌摩擦和鑄造等。在不改變箱體強度的條件下，特斯拉Model系列和寶馬i3利用沖壓鋁焊接工藝，使箱體質量減輕了40%;大眾GolfGTE插電混動版和寶馬X5電池包箱體都利用鑄造成型工藝制造而成。還有一些新的鋁合金成型技術，如上海交通大學開發的鋁合金大部件真空壓鑄技術、北京有色金屬研究院的鋁合金半固態流變壓鑄技術[44]，后者的成本只稍高于常規壓鑄，并能實現35%～48%的輕量化效果，在汽車零部件中的應用十分廣泛，預計未來會成為電池包箱體的主要制造工藝。

3.6數據采集系統設計

鋰電池需要采集的數據有：電壓（V/V）、電流（I/A）、溫度（T/℃）。本文測量單節電池的放電電壓，電壓從3.9V左右經過100min的時間降到3.2V左右。利用ACS71205B電流傳感器模塊進行電流的測量，可以測量5A的電流，他所對應的模擬量的輸出時185mv/A。

結束語

綜上所述，在現代能源緊缺的情況下，新能源電動汽車的高速發展在這種情況下是必然的情況，新能源電動汽車的推動不僅有利于構建我國綠色生態環境，同時也可以減少不可再生資源的浪費。同樣想要加速對新能源汽車的研究與推廣，就必須要對新能源汽車的充電樁進行大力的推廣，避免出現無處充電現象的發生，達成雙方共贏的局面，實現我國新能源汽車推進的最終目的。

參考文獻：

[1]王品健，謝暉，王杭燕.純電動汽車動力電池包結構輕量化設計[J].汽車技術，2019（12）：29-33.

[2]趙傳軍，張毅翔.純電動汽車動力電池箱體的設計研究[J].上海汽車，2019（12）：2-6+14.

[3]吳中旺，劉暢，胡劍鋒.鋼鈑金電池包箱體的研發路線[J].鍛造與沖壓，2019（18）：21-23+39.

[4]曲東忍，馬彬，陳曉薇.基于各向異性電池模型的電池包沖擊響應分析[J].北京信息科技大學學報（自然科學版），2019，34（04）：11-16.

[5]賈麗娜.某電動汽車電池包結構安全性分析及優化[D].哈爾濱工業大學，2019.